專利名稱：一種靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木建筑工程及水利工程等檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地基在建構(gòu)筑物荷載作用下將會(huì)產(chǎn)生沉降，如果地基沉降懸殊，甚至超出建構(gòu)筑物的允許范圍，將影響建構(gòu)筑物正常使用，甚至將導(dǎo)致路基沉陷、提壩坍塌、影響建構(gòu)筑物開裂傾斜、乃至于倒塌。對(duì)于某些坐落在剛性基巖上的建構(gòu)筑物基礎(chǔ)，因某種設(shè)計(jì)目的要求也必須進(jìn)行基礎(chǔ)的沉降變形測(cè)量。例如，在核電站核島安全殼基礎(chǔ)中，一般都設(shè)置了一定數(shù)量的沉降觀測(cè)測(cè)點(diǎn)，通過上述沉降觀測(cè)測(cè)點(diǎn)可以直接獲知核電站核島安全殼基礎(chǔ)在安全殼壓力試驗(yàn)期間基礎(chǔ)變形情況，從而為安全殼的力學(xué)性能評(píng)估提供依據(jù)。隨著工業(yè)與民用建筑業(yè)的發(fā)展，各種復(fù)雜而大型的工程建構(gòu)筑物日益增多。工程建構(gòu)筑物的興建，改變了地面原有的狀態(tài)，并且對(duì)于建筑物的地基及基礎(chǔ)施加了一定的壓力，因此必然會(huì)引起地基及周圍地層的變形。為了保證建構(gòu)筑物的正常使用壽命和建構(gòu)筑物的安全性，需要及時(shí)驗(yàn)證和了解地基及基礎(chǔ)在建構(gòu)筑物荷載和地基變形的共同作用下的沉降以及沉降變化趨勢(shì)，以便投產(chǎn)驗(yàn)收或提前采取有效措施防范于未然。因此，在很多土木建筑工程及水利工程中都需要設(shè)置進(jìn)行地基基礎(chǔ)沉降觀測(cè)的裝置。沉降觀測(cè)的種類很多，實(shí)現(xiàn)沉降觀測(cè)的方法也各異。一般來說，可根據(jù)地基的淺深層不同分為表層沉降觀測(cè)和深層沉降觀測(cè)，而地基基礎(chǔ)沉降屬于上述的表層沉降。表層沉降觀測(cè)方法按照觀測(cè)手段的不同一般可分為幾何水準(zhǔn)觀測(cè)、靜力水準(zhǔn)觀測(cè)、不動(dòng)桿法觀測(cè)等。深層沉降觀測(cè)也有多種觀測(cè)方法，例如深標(biāo)點(diǎn)水準(zhǔn)儀、磁環(huán)式沉降儀、不動(dòng)桿法觀測(cè)等等?？傮w而言，不同觀測(cè)方法的測(cè)試精度不盡相同，所適用的工程條件亦有差異。靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置是一種用于測(cè)量基礎(chǔ)或者地基的垂直變形的裝置。在現(xiàn)有技術(shù)中，可以使用靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置對(duì)基礎(chǔ)或地基的沉降及變化趨勢(shì)進(jìn)行觀測(cè)，從而對(duì)基礎(chǔ)或地基的力學(xué)特性進(jìn)行判定。例如，根據(jù)法國核電廠《壓水堆核島土建設(shè)計(jì)與建造規(guī)程》 (RCC-G1988)的要求，核電站安全殼基礎(chǔ)必須進(jìn)行沉降變形觀測(cè)。因此，在進(jìn)行上述沉降觀測(cè)時(shí)所使用的是一種用于基礎(chǔ)沉降測(cè)量的靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置，以及集成了上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置的測(cè)試系統(tǒng)。在該靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中，利用了連通器的原理，使得單個(gè)或多個(gè)工作點(diǎn)可以分別與參考點(diǎn)單獨(dú)串聯(lián)。在進(jìn)行基礎(chǔ)沉降測(cè)量時(shí)，將使用人工的方式依次通過充水并調(diào)節(jié)每個(gè)工作點(diǎn)的水位，從而實(shí)現(xiàn)單個(gè)工作點(diǎn)相對(duì)于參考點(diǎn)的高程變化測(cè)量。而且，在對(duì)下一個(gè)工作點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量之前，還應(yīng)對(duì)上一輪測(cè)量系統(tǒng)中的水進(jìn)行排空操作后，才能對(duì)下一個(gè)工作點(diǎn)重復(fù)上述的充水、調(diào)節(jié)水位等操作。上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中對(duì)各個(gè)工作點(diǎn)的水位的判定是通過高低電極的方法來實(shí)現(xiàn)的，并通過靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的參考點(diǎn)測(cè)量裝置來實(shí)現(xiàn)測(cè)量，參考點(diǎn)測(cè)量裝置是使用電磁傳感器來測(cè)量參考水位(即工作點(diǎn)水位)，不同測(cè)量階段測(cè)量結(jié)果之差即水位變化情況，也正直接反映基礎(chǔ)沉降情況。圖1 (a)為現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的示意圖，圖1 (b)為圖1 (a)中參考水準(zhǔn)盒和工作水準(zhǔn)盒的連接關(guān)系簡(jiǎn)單示意圖。如圖1(a)和(b)所示，現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)主要包括一個(gè)參考水準(zhǔn)盒101、預(yù)埋在待測(cè)地基/基礎(chǔ)中的多個(gè)工作水準(zhǔn)盒102、進(jìn)水箱103、出水箱104、分水器105和總氣流管106。其中，每個(gè)工作水準(zhǔn)盒102都設(shè)置在一個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)處，而參考水準(zhǔn)盒101則設(shè)置于參考水準(zhǔn)點(diǎn)處。例如，在核電站的靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置及測(cè)試系統(tǒng)中，一般都將預(yù)先設(shè)置多個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)盒102(譬如，M310原型堆中設(shè)置了 13個(gè)工作水準(zhǔn)盒，而非原型堆中設(shè)置了 9 個(gè)工作水準(zhǔn)盒，EPR原型堆中設(shè)置了 17個(gè)工作水準(zhǔn)盒)和一個(gè)公用的參考水準(zhǔn)盒102。設(shè)置于所述參考水準(zhǔn)盒101底部的供排水管1011可通過閥門與所述分水器105 連通，設(shè)置于所述參考水準(zhǔn)盒101上部的氣流管可與所述總氣流管106連通；設(shè)置于所述工作水準(zhǔn)盒102底部的供排水管1021可通過閥門與所述分水器105連通，設(shè)置于所述工作水準(zhǔn)盒102上部的氣流管可與所述總氣流管106連通；所述進(jìn)水箱103，依次通過柱塞泵109 和進(jìn)水閥門與所述分水器105連接；所述出水箱104，通過出水閥門與所述分水器105連接。在使用上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將通過參考水準(zhǔn)盒、工作水準(zhǔn)盒、進(jìn)水箱、出水箱的各個(gè)閥門及柱塞泵的開啟或關(guān)閉，來實(shí)現(xiàn)各個(gè)工作水準(zhǔn)盒與參考水準(zhǔn)盒之間的系統(tǒng)單獨(dú)串聯(lián)和供排水，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)參考水準(zhǔn)點(diǎn)的沉降觀測(cè)。其中，柱塞泵109是用于精細(xì)控制和調(diào)節(jié)水量以確定精確水位。例如，當(dāng)某一個(gè)工作水準(zhǔn)盒(例如， 工作水準(zhǔn)盒A)與所述分水器105連通的閥門開啟且參考水準(zhǔn)盒與所述分水器105連通的閥門開啟時(shí)，其它工作水準(zhǔn)盒與所述分水器105連通的閥門將處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)，所述工作水準(zhǔn)盒A將與參考水準(zhǔn)盒實(shí)現(xiàn)單獨(dú)串聯(lián)，并通過進(jìn)水箱、出水箱閥門的開啟及柱塞泵的微量調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)該串聯(lián)系統(tǒng)的精確供水以及測(cè)量完畢后的排空操作。在進(jìn)行地基/基礎(chǔ)沉降的測(cè)量時(shí)，可以認(rèn)為參考水準(zhǔn)盒(即參考水準(zhǔn)點(diǎn))是相對(duì)靜止的，所有工作水準(zhǔn)盒(即工作水準(zhǔn)點(diǎn))的垂直位移均是相對(duì)于參考水準(zhǔn)點(diǎn)而言。在實(shí)際工作過程中，上述參考水準(zhǔn)點(diǎn)的高程對(duì)應(yīng)于各壓力平臺(tái)可能會(huì)有變化，上述變化可通過其它有效的方式或裝置獲得(例如，垂直銦瓦絲DiSt0matiCS3測(cè)量裝置等)。在確定參考水準(zhǔn)點(diǎn)的絕對(duì)高程變化后，即可確定所有工作水準(zhǔn)點(diǎn)的絕對(duì)高程，從而可以獲知地基/基礎(chǔ)的沉降情況。在如圖1所示的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中，一般都只能分別單獨(dú)測(cè)試各個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考水準(zhǔn)點(diǎn)的沉降情況。例如，當(dāng)需要測(cè)試某個(gè)埋設(shè)于地基/基礎(chǔ)內(nèi)的某一個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)，例如，工作水準(zhǔn)點(diǎn)A，相對(duì)于參考水準(zhǔn)點(diǎn)的沉降情況時(shí)，將首先打開工作水準(zhǔn)盒A與所述分水器105連通的閥門以及參考水準(zhǔn)盒與所述分水器105連通的閥門，而關(guān)閉其它工作水準(zhǔn)盒與所述分水器105連通的閥門；然后，通過柱塞泵109將進(jìn)水箱中的水注入工作水準(zhǔn)盒A和參考水準(zhǔn)盒中；在注水過程中，通過使用柱塞泵109進(jìn)行人工調(diào)節(jié)的方式，使得當(dāng)該工作水準(zhǔn)盒A中的水位較精確達(dá)到該工作水準(zhǔn)盒A中的電子觸點(diǎn)1而未觸及電子觸點(diǎn)2 時(shí)即停止注水。由于工作水準(zhǔn)盒A和參考水準(zhǔn)盒的底部通過連通管連通，因此根據(jù)連通器原理可知，當(dāng)水位平衡后，工作水準(zhǔn)盒A與參考水準(zhǔn)盒中的液面是在同一個(gè)水平面上。此時(shí)，參考水準(zhǔn)盒中的水位值可由設(shè)置在參考水準(zhǔn)盒中的傳感器轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，該頻率信號(hào)可通過設(shè)置在參考水準(zhǔn)盒頂部的傳感器導(dǎo)線107發(fā)送給頻率讀數(shù)裝置，并通過頻率讀數(shù)裝置顯示。此時(shí)，可將參考水準(zhǔn)盒中的水位值作為該工作水準(zhǔn)盒A當(dāng)前的水位值。最后，通過計(jì)算該工作水準(zhǔn)盒A的當(dāng)前水位值與初始狀態(tài)的水位值(即該工作水準(zhǔn)盒A在剛埋設(shè)于地基/基礎(chǔ)內(nèi)的工作水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)所記錄的水位值或者試驗(yàn)前獲取的水位參考值)之差，即可得到該工作水準(zhǔn)盒A所在位置當(dāng)前時(shí)刻的垂直位移情況。在完成對(duì)上述工作水準(zhǔn)盒A的測(cè)量之后，還需要通過人工進(jìn)行放水操作，即打開出水箱104的出水閥門，以排出已注入到工作水準(zhǔn)盒A和參考水準(zhǔn)盒系統(tǒng)中的水。水排出后，還必須關(guān)閉上述工作水準(zhǔn)盒A與所述分水器105連通的閥門和出水箱閥門，然后才能繼續(xù)對(duì)下一個(gè)工作水準(zhǔn)盒進(jìn)行測(cè)量。由此可知，現(xiàn)有技術(shù)中的上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)在進(jìn)行測(cè)量的過程中，需要進(jìn)行人工操作，各個(gè)水準(zhǔn)盒的水位需要人工通過柱塞泵的不斷注水或放水來進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且每個(gè)壓力平臺(tái)或者每個(gè)測(cè)讀周期針對(duì)每個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)都要依次反復(fù)不斷的通過注水、微調(diào)、 測(cè)讀、放水等多環(huán)節(jié)多步驟進(jìn)行測(cè)量，操作過程復(fù)雜而繁瑣；同時(shí)，不同作業(yè)人員對(duì)水位的判斷經(jīng)驗(yàn)對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響較大，因而使得測(cè)量結(jié)果中所包含的人工干預(yù)因素較大，系統(tǒng)的測(cè)試誤差較大。另外，由于上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試過程建立在人工不斷調(diào)節(jié)水位的基礎(chǔ)上，并且每個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)都只能單獨(dú)和參考水準(zhǔn)點(diǎn)串聯(lián)使用，因此系統(tǒng)測(cè)試所需時(shí)間長(zhǎng)；系統(tǒng)測(cè)試精度受到壓力平臺(tái)的測(cè)讀時(shí)點(diǎn)、每個(gè)工作點(diǎn)的測(cè)讀順序等多種因素制約， 因此測(cè)量裝置的測(cè)量精度也較低，最大測(cè)試精度只有0. 1毫米(mm)，而且系統(tǒng)的測(cè)試精度還要低于測(cè)量裝置的測(cè)量精度。此外，由于上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)試過程中需要進(jìn)行人工干預(yù)，每個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)都只能單獨(dú)進(jìn)行測(cè)量，因此整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。 再者，上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試范圍相對(duì)較窄，有效范圍士40mm，系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理過程也比較繁瑣，讀數(shù)在小范圍內(nèi)時(shí)(0 士25mm)，傳感器輸出基本為線性響應(yīng)；而讀數(shù)在相對(duì)較大范圍內(nèi)時(shí)(士25 40mm)，傳感器輸出為非線性響應(yīng)，此時(shí)必須使用插值法計(jì)算。綜上可知，現(xiàn)有技術(shù)中的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中存在受到人工干預(yù)大、測(cè)試精度低、 復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性不好、測(cè)試周期長(zhǎng)、無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量等諸多缺點(diǎn)，從而為實(shí)際的工程測(cè)量帶來了諸多不便之處。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置及系統(tǒng)，從而可對(duì)所有工作水準(zhǔn)點(diǎn)的同步自動(dòng)化測(cè)量，提高測(cè)量精度，并減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置及系統(tǒng)，該裝置包括水準(zhǔn)盒、浮桶和振弦式力傳感器；其中，所述水準(zhǔn)盒中具有一內(nèi)部空腔；所述水準(zhǔn)盒的底部設(shè)置有用于注水和排水的供排水管；所述水準(zhǔn)盒的上部設(shè)置有用于保證水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的氣壓與外部氣壓一致的氣流管；所述振弦式力傳感器，設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒的頂部，并具有用于輸出信號(hào)的輸出端和伸入所述水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的振弦；所述浮桶，通過所述振弦式力傳感器的振弦懸掛于所述水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中。所述裝置還包括設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒的外側(cè)并分別與所述水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔的上部和下部均連通的透明觀察管，用于觀察所述水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的水位。
所述振弦式力傳感器還包括通氣電纜；所述通氣電纜與設(shè)置于所述通氣電纜的末端并用于對(duì)所述振弦式力傳感器的內(nèi)腔進(jìn)行干燥操作的傳感器干燥管相連。本發(fā)明中還提出了一種靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)設(shè)置于參考水準(zhǔn)點(diǎn)處的參考水準(zhǔn)盒、一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在工作水準(zhǔn)點(diǎn)處的工作水準(zhǔn)盒、進(jìn)水箱、出水箱、分水器和總氣流管；其中，所述參考水準(zhǔn)盒中包括設(shè)置于所述參考水準(zhǔn)盒的底部并通過閥門與所述分水器連通的供排水管、設(shè)置于所述參考水準(zhǔn)盒的上部并與所述總氣流管連通的氣流管、設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒的頂部并具有伸入所述參考水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的振弦和用于輸出信號(hào)的輸出端的振弦式力傳感器、通過所述振弦懸掛于所述參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的浮桶；所述工作水準(zhǔn)盒中包括設(shè)置于所述工作水準(zhǔn)盒的底部并通過閥門與所述分水器連通的供排水管、設(shè)置于所述工作水準(zhǔn)盒的上部并與所述總氣流管連通的氣流管、設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒的頂部并具有伸入所述工作水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的振弦和用于輸出信號(hào)的輸出端的振弦式力傳感器、通過所述振弦懸掛于所述工作水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的浮桶；所述進(jìn)水箱，通過進(jìn)水閥門與所述分水器連接，用于向所述參考水準(zhǔn)盒和各個(gè)工作水準(zhǔn)盒中注水；所述出水箱，通過出水閥門與所述分水器連接，用于排出所述參考水準(zhǔn)盒和各個(gè)工作水準(zhǔn)盒中的水。所述參考水準(zhǔn)盒中還包括設(shè)置于所述參考水準(zhǔn)盒的外側(cè)并分別與所述參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔的上部和下部均連通的透明觀察管，用于觀察所述參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的水位。所述參考水準(zhǔn)盒的閥門、所述工作水準(zhǔn)盒的閥門、所述進(jìn)水箱的進(jìn)水閥門和所述出水箱的出水閥門均設(shè)置在所述分水器上。該系統(tǒng)還進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)置于工作水準(zhǔn)點(diǎn)處的擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒和與所述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒一一對(duì)應(yīng)且設(shè)置在參考水準(zhǔn)點(diǎn)處的擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒；其中，所述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒中具有一內(nèi)部空腔；所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒中包括振弦式力傳感器和浮桶；所述振弦式力傳感器設(shè)置于所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒的頂部，并具有伸入所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的振弦和用于輸出信號(hào)的輸出端；所述浮桶通過所述振弦懸掛于所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中；所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒的底部與其對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒的底部通過供排水管連通，所述供排水管通過閥門與所述分水器連通；所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒和與其對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒的上部分別與總氣流管連通。所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒中還包括設(shè)置于所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒的外側(cè)并分別與所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔的上部和下部均連通的透明觀察管，用于觀察所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的水位。所述系統(tǒng)中還包括設(shè)置于所述分水器的一端并用于對(duì)所述分水器、各個(gè)水準(zhǔn)盒的內(nèi)腔及各個(gè)供排水
7管進(jìn)行干燥操作的系統(tǒng)干燥管。每個(gè)振弦式力傳感器中還設(shè)置有一根通氣電纜；所述通氣電纜與設(shè)置于所述通氣電纜的末端并用于對(duì)所述振弦式力傳感器的內(nèi)腔進(jìn)行干燥操作的傳感器干燥管相連。各個(gè)振弦式力傳感器的輸出端均通過導(dǎo)線分別與用于采集各個(gè)振弦式力傳感器通過所述輸出端輸出的信號(hào)的讀數(shù)裝置連接。綜上可知，本發(fā)明中提供了一種靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置及系統(tǒng)。在所述靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置及系統(tǒng)中，由于可以一次性完成向參照水準(zhǔn)盒和所有工作水準(zhǔn)盒的注水操作，還可以一次性地自動(dòng)、同步地完成對(duì)所有水準(zhǔn)盒的液面值的測(cè)量操作，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有工作水準(zhǔn)點(diǎn)的同步自動(dòng)化測(cè)量，有效地排除靜力水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果中的人工干預(yù)因素，大大提高測(cè)量精度，并大大減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度。
圖1 (a)為現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。圖1 (b)為圖1 (a)中參考水準(zhǔn)盒和工作水準(zhǔn)盒的連接關(guān)系簡(jiǎn)單示意圖。圖2為本發(fā)明中的靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明中的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明中的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的局部剖面示意圖。圖5為本發(fā)明中擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的局部剖面示意圖。圖6為本發(fā)明中擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中參考水準(zhǔn)盒和工作水準(zhǔn)盒的連接關(guān)系的簡(jiǎn)單示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)表達(dá)得更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖2為本發(fā)明中的靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，在本發(fā)明中的靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置中，主要包括水準(zhǔn)盒201、浮桶2014、振弦式力傳感器208，其中，所述水準(zhǔn)盒201中具有一內(nèi)部空腔；所述水準(zhǔn)盒201的底部設(shè)置有用于注水和排水的供排水管2011 ；所述水準(zhǔn)盒201的上部設(shè)置有用于保證水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的氣壓與外部氣壓一致的氣流管2012 ；所述振弦式力傳感器208，設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒201的頂部，并具有用于輸出信號(hào)的輸出端2015和伸入所述水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的振弦2013 ；所述浮桶2014，通過所述振弦式力傳感器208的振弦2013懸掛于所述水準(zhǔn)盒內(nèi)部
空腔中。另外，在上述的靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置中，還可以包括一個(gè)設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒的外側(cè)并分別與所述水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔的上部和下部均連通的透明觀察管2017，用于觀察水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的水位。根據(jù)浮力原理可知，當(dāng)一個(gè)物體放置于液體中時(shí)，該物體所受的浮力與該物體排開的液體質(zhì)量有關(guān)。如果該物體位于液體中且未被液體完全浸沒，而且在液體中不發(fā)生移動(dòng)，則液體表面的高度發(fā)生變化時(shí)，該物體所受的浮力也將發(fā)生變化。例如，如圖2所示，當(dāng)水準(zhǔn)盒201中的液面從液面1的位置上升到液面2的位置時(shí)，浮桶2014所受的浮力將增大， 且該浮桶2014所受浮力的變化將與上述液面高低的變化成正比。由上可知，在上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置中，當(dāng)水準(zhǔn)盒中的液面高度發(fā)生變化時(shí)，水準(zhǔn)盒中的浮桶所受的浮力也將發(fā)生相應(yīng)的變化，而該浮桶所受的浮力的大小則可由所述振弦式力傳感器208通過其與所述浮桶連接的振弦2013測(cè)得，并通過該振弦式力傳感器208的輸出端2015以信號(hào)的方式輸出。因此，只需對(duì)上述振弦式力傳感器208的輸出端2015輸出的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)地處理，即可精確地測(cè)量出水準(zhǔn)盒中的液面高度的變化。也就是說，通過上述的，可以自動(dòng)而準(zhǔn)確地隨時(shí)測(cè)量上述水準(zhǔn)盒中的液面高度的變化。此外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述振弦式力傳感器208中還可包括通氣電纜 (圖2中未示出)。其中，所述通氣電纜將與設(shè)置于所述通氣電纜末端的傳感器干燥管相連 (圖2中未示出)，所述傳感器干燥管可用于對(duì)所述振弦式力傳感器208的內(nèi)腔進(jìn)行干燥操作。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以使用高精度的振弦式力傳感器作為上述的力傳感器，從而可以更加精確地測(cè)量水準(zhǔn)盒中的液面高度的變化，其測(cè)量精度可以達(dá)到0. 01mm。所述振弦式力傳感器可通過測(cè)量上述振弦204的共振頻率來獲知所述振弦所受的張力，從而可測(cè)得所述浮桶所受的浮力的大小，并可根據(jù)所述浮桶所受的浮力計(jì)算得到水準(zhǔn)盒中的液面高度的變化。在上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置中，由于在水準(zhǔn)盒中使用了浮桶，并通過力傳感器測(cè)量浮桶所受的浮力，因此可以自動(dòng)、精確地測(cè)量水準(zhǔn)盒中液面高度的變化，從而可以應(yīng)用于各種靜力水準(zhǔn)測(cè)量的情況中。例如，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置既可以用作靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置中的工作水準(zhǔn)盒，也可以用作靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置中的參考水準(zhǔn)盒。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，還提出了一種靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)。圖3為本發(fā)明中的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為本發(fā)明中的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的局部剖面示意圖。 如圖3、圖4所示，本發(fā)明中的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)主要包括一個(gè)設(shè)置于參考水準(zhǔn)點(diǎn)處的參考水準(zhǔn)盒301、一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在工作水準(zhǔn)點(diǎn)處的工作水準(zhǔn)盒302、進(jìn)水箱303、出水箱304、 分水器305和總氣流管306。其中，所述參考水準(zhǔn)盒301中包括設(shè)置于所述參考水準(zhǔn)盒301的底部并通過閥門 3010與所述分水器305連通的供排水管3011、設(shè)置于所述參考水準(zhǔn)盒301的上部并與所述總氣流管306連通的氣流管3012、設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒301的頂部并具有伸入所述參考水準(zhǔn)盒301的內(nèi)部空腔的振弦3013和用于輸出信號(hào)的輸出端3015的振弦式力傳感器3016、通過所述振弦3013懸掛于所述參考水準(zhǔn)盒301內(nèi)部空腔中的浮桶3014。所述工作水準(zhǔn)盒302中包括設(shè)置于所述工作水準(zhǔn)盒302的底部并通過閥門3020 與所述分水器305連通的供排水管3021、設(shè)置于所述工作水準(zhǔn)盒302的上部并與所述總氣流管306連通的氣流管3022、設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒301的頂部并具有伸入所述工作水準(zhǔn)盒 302的內(nèi)部空腔的振弦3023和用于輸出信號(hào)的輸出端3025的振弦式力傳感器3(^6、通過所述振弦3023懸掛于所述工作水準(zhǔn)盒302內(nèi)部空腔中的浮桶30M。所述進(jìn)水箱303，通過進(jìn)水閥門3031與所述分水器305連接，用于向所述參考水準(zhǔn)盒301和各個(gè)工作水準(zhǔn)盒302中注水。
所述出水箱304，通過出水閥門3041與所述分水器305連接，用于排出所述參考水準(zhǔn)盒和各個(gè)工作水準(zhǔn)盒中的水。其中，各個(gè)振弦式力傳感器的輸出端(例如，所述振弦式力傳感器3016的輸出端 3015和所述振弦式力傳感器30 的輸出端302 均可通過導(dǎo)線分別與讀數(shù)裝置307連接。 所述讀數(shù)裝置307可用于采集各個(gè)振弦式力傳感器通過所述輸出端輸出的信號(hào)。此外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述參考水準(zhǔn)盒301中，還可以包括一個(gè)設(shè)置于所述參考水準(zhǔn)盒301的外側(cè)并分別與所述參考水準(zhǔn)盒301內(nèi)部空腔的上部和下部均連通的透明觀察管3017，用于觀察所述參考水準(zhǔn)盒301內(nèi)部空腔中的水位。此外，在上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中，所述參考水準(zhǔn)盒301的閥門3010、所述工作水準(zhǔn)盒302的閥門3020、所述進(jìn)水箱303的進(jìn)水閥門3031和所述出水箱304的出水閥門 3041，均可設(shè)置在所述分水器305上。在具體實(shí)施情況中，所述參考水準(zhǔn)盒和工作水準(zhǔn)盒均可使用圖2所示的靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置?？蓪⑸鲜龅撵o力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的參考水準(zhǔn)盒設(shè)置于相應(yīng)的參考水準(zhǔn)點(diǎn)上，例如，在改進(jìn)型壓水堆CPR1000中，可以將參考水準(zhǔn)盒設(shè)置于混凝土外懸梁臂上；同時(shí)，還將上述的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的各個(gè)工作水準(zhǔn)盒設(shè)置于相應(yīng)的工作水準(zhǔn)點(diǎn)上，例如，將各個(gè)工作水準(zhǔn)盒預(yù)埋在待測(cè)的地基/基礎(chǔ)的各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中。另外，各個(gè)水準(zhǔn)盒可以放置在相對(duì)應(yīng)的支架上，所有支架支撐水準(zhǔn)盒底部標(biāo)高處于同一標(biāo)高，所有支架應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性。在使用上述的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，可以先對(duì)該靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作。在進(jìn)行上述的初始化操作時(shí)，可以關(guān)閉所述出水箱304的出水閥門3041，并開啟所述進(jìn)水箱303的進(jìn)水閥門3031、參考水準(zhǔn)盒301的閥門3010和所有工作水準(zhǔn)盒302的閥門 3020，從而使得進(jìn)水箱303中存儲(chǔ)的水可通過分水器305緩慢注入到參考水準(zhǔn)盒301和各個(gè)工作水準(zhǔn)盒302中；當(dāng)參考水準(zhǔn)盒301中的水位達(dá)到預(yù)設(shè)的水位值時(shí)，關(guān)閉所述進(jìn)水箱 303的進(jìn)水閥門3031，停止向參考水準(zhǔn)盒和工作水準(zhǔn)盒中注水。由于系統(tǒng)中的參考水準(zhǔn)盒 301和各個(gè)工作水準(zhǔn)盒302將通過分水器305連通，形成并聯(lián)的狀態(tài)，因此，當(dāng)各個(gè)水準(zhǔn)盒中的液面平穩(wěn)之后，參考水準(zhǔn)盒和各個(gè)工作水準(zhǔn)盒中的液面將保持在同一水平高度上。此時(shí)，可以通過各個(gè)水準(zhǔn)盒上的力傳感器，記錄各個(gè)水準(zhǔn)盒中的液面值，并將各個(gè)水準(zhǔn)盒中的當(dāng)前液面值作為各個(gè)水準(zhǔn)盒的液面初始值。在上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中，各個(gè)工作水準(zhǔn)盒離進(jìn)水箱的距離可能并不相同，因此，在上述初始化操作的注水過程中，如果注水的水流過大，則可能會(huì)當(dāng)某些工作水準(zhǔn)盒還未完成注水時(shí)，參考水準(zhǔn)盒和/或某些工作水準(zhǔn)盒的水位卻已經(jīng)超過了預(yù)期的高度，從而對(duì)水準(zhǔn)盒中的振弦式力傳感器造成損傷。所以，在上述的注水過程中，必須控制注水的水流大小，以避免上述的問題。為了避免上述的問題，在上述的初始化操作中，通常是逐一打開各個(gè)工作水準(zhǔn)盒的閥門，對(duì)各個(gè)工作水準(zhǔn)盒逐一完成注水。例如，首先關(guān)閉所述出水箱304的出水閥門 3041，并打開所述參考水準(zhǔn)盒301的閥門3010和任意一個(gè)工作水準(zhǔn)盒302的閥門3020，然后再緩慢打開進(jìn)水箱303的進(jìn)水閥門3031。此時(shí)，進(jìn)水箱303中存儲(chǔ)的水可通過分水器305 緩慢注入到參考水準(zhǔn)盒301和上述工作水準(zhǔn)盒302中。當(dāng)參考水準(zhǔn)盒中的水位達(dá)到預(yù)設(shè)的水位值時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水箱303的進(jìn)水閥門3031 (這樣一個(gè)工作水準(zhǔn)盒充水完畢，隨后再開始下一個(gè)工作水準(zhǔn)盒充水)，關(guān)閉先前工作水準(zhǔn)盒的閥門，并打開下一個(gè)工作水準(zhǔn)盒的閥門，再緩慢打開進(jìn)水箱303的進(jìn)水閥門3031，向下一個(gè)工作水準(zhǔn)盒中注水，直到參考水準(zhǔn)盒中的
水位達(dá)到預(yù)設(shè)的水位值并關(guān)閉進(jìn)水箱303的進(jìn)水閥門3031 ；......，依此類推，直到打開最
后一個(gè)工作水準(zhǔn)盒的閥門，向最后一個(gè)工作水準(zhǔn)盒中注水，當(dāng)參考水準(zhǔn)盒中的水位達(dá)到預(yù)設(shè)的水位值時(shí)，關(guān)閉所述進(jìn)水箱303的進(jìn)水閥門3031，停止向參考水準(zhǔn)盒和工作水準(zhǔn)盒注水。然后，再打開所有工作水準(zhǔn)盒302的閥門3020。當(dāng)各個(gè)水準(zhǔn)盒中的液面平穩(wěn)之后，通過各個(gè)水準(zhǔn)盒上的振弦式力傳感器記錄各個(gè)水準(zhǔn)盒中的液面值，并將各個(gè)水準(zhǔn)盒中的當(dāng)前液面值作為各個(gè)水準(zhǔn)盒的液面初始值。在完成上述初始化操作后，一般會(huì)等待一段預(yù)設(shè)時(shí)間(例如，1天或2天等)之后， 再進(jìn)行靜力水準(zhǔn)測(cè)量(例如，測(cè)量各個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考水準(zhǔn)點(diǎn)的沉降值)。當(dāng)需要進(jìn)行靜力水準(zhǔn)測(cè)量(例如，在安全殼驗(yàn)收壓力試驗(yàn)中，各個(gè)壓力平臺(tái)需要對(duì)基礎(chǔ)的沉降進(jìn)行測(cè)量)時(shí)，可以通過各個(gè)水準(zhǔn)盒上的振弦式力傳感器獲取各個(gè)水準(zhǔn)盒中的液面當(dāng)前值，然后再根據(jù)所記錄的各個(gè)水準(zhǔn)盒的液面初始值和所測(cè)量的液面當(dāng)前值，通過計(jì)算得出各個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考水準(zhǔn)點(diǎn)的沉降值。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以使用多種計(jì)算方法來計(jì)算各個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考水準(zhǔn)點(diǎn)的沉降值，例如，可通過如下所述的公式來計(jì)算各個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考水準(zhǔn)點(diǎn)的沉降值A(chǔ)Hx= (ROx-Rlx) Gx- (R0Eef-RlEef) GEef (1)其中，所述ΔΗΧ為第X個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考水準(zhǔn)點(diǎn)的沉降值，當(dāng)ΔΗΧ為負(fù)值時(shí)，表示第X個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考水準(zhǔn)點(diǎn)下沉，當(dāng)ΔΗΧ為正值時(shí)，表示第X個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于參考水準(zhǔn)點(diǎn)升高。所述Rlx為第X個(gè)工作水準(zhǔn)盒的液面當(dāng)前值；ROx為第X個(gè)工作水準(zhǔn)盒的液面初始值A(chǔ)x為第X個(gè)工作水準(zhǔn)盒的傳感器系數(shù)；ROltef為參照水準(zhǔn)盒的液面初始值；Rlltef為參照水準(zhǔn)盒的液面當(dāng)前值；Gltef為參照水準(zhǔn)盒傳感器系數(shù)。根據(jù)上述內(nèi)容可知，在使用本發(fā)明的上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行靜力水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，可以一次性完成向參照水準(zhǔn)盒和所有工作水準(zhǔn)盒的注水操作，還可以一次性地自動(dòng)、同步地完成對(duì)所有水準(zhǔn)盒的液面值的測(cè)量操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所有工作水準(zhǔn)點(diǎn)的同步自動(dòng)化測(cè)量，而不需要對(duì)每個(gè)工作水準(zhǔn)盒都依次反復(fù)執(zhí)行注水、放水和測(cè)讀等操作，同時(shí)也不需要人工通過柱塞泵來不斷地進(jìn)行注水或放水以調(diào)節(jié)各個(gè)水準(zhǔn)盒的水位，從而大大降低了操作過程的復(fù)雜度和勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了大量重復(fù)勞動(dòng)，而且測(cè)試過程的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好，測(cè)試用時(shí)短。此外，在使用本發(fā)明的上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行靜力水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，各個(gè)水準(zhǔn)盒的液面初始值和液面當(dāng)前值可以通過振弦式力傳感器自動(dòng)同步地獲取，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，而不是通過人工使用不同步的測(cè)量方法來獲取，從而可以有效地排除靜力水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果中的人工干預(yù)因素，大大提高測(cè)量精度，并大大減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度。在完成上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量之后，開啟所述出水箱中的出水閥門。此時(shí)，所述參考水準(zhǔn)盒和所有的工作水準(zhǔn)盒中的水可通過分水器排出至所述出水箱中。上述測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部的水排干后，可以關(guān)閉所述的出水閥門，等待下一次的靜力水準(zhǔn)測(cè)量。由上可知，由于在上述的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中使用如圖2所示的靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置作為參考水準(zhǔn)盒和工作水準(zhǔn)盒，從而可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，極大減小了人工操作對(duì)測(cè)量結(jié)果的不良影響，并大大提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度；同時(shí)，由于在上述的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中， 參考水準(zhǔn)盒與各個(gè)工作水準(zhǔn)盒處于并聯(lián)狀態(tài)，因此可以一次性對(duì)多個(gè)工作水準(zhǔn)盒的沉降情
11況進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有工作水準(zhǔn)點(diǎn)的同步自動(dòng)化測(cè)量。此外，上述的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)還具有完善的系統(tǒng)拓展能力，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更穩(wěn)定、更可靠，即使是在部分工作水準(zhǔn)盒異常的情況下，仍然可以實(shí)現(xiàn)同步自動(dòng)化測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，圖3和圖4所示的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的參考水準(zhǔn)盒301是設(shè)置在參考水準(zhǔn)點(diǎn)處，因此如果參考水準(zhǔn)盒301發(fā)生故障而不能工作，可以直接更換新的參考水準(zhǔn)盒301。然而，當(dāng)圖3和圖4所示的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的某個(gè)工作水準(zhǔn)盒302中的振弦式力傳感器發(fā)生故障，無法傳輸測(cè)量信號(hào)時(shí)，如果上述工作水準(zhǔn)盒302是預(yù)埋在待測(cè)的工作水準(zhǔn)點(diǎn)處，而無法更換新的工作水準(zhǔn)盒，則對(duì)上述出現(xiàn)故障的工作水準(zhǔn)盒302所在的工作水準(zhǔn)點(diǎn)將無法進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量。為了解決上述的問題，在本發(fā)明的技術(shù)方案中還可對(duì)圖3和圖4中所示的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展，從而形成一種擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)。圖5為本發(fā)明中擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的局部剖面示意圖。圖6為本發(fā)明中擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中參考水準(zhǔn)盒和工作水準(zhǔn)盒的連接關(guān)系的簡(jiǎn)單示意圖。如圖5、圖6所示，圖3和圖4中所示出的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)因需要還可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)設(shè)置于工作水準(zhǔn)點(diǎn)處的擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒 502和與所述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502 —一對(duì)應(yīng)且設(shè)置在參考水準(zhǔn)點(diǎn)處的擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒501。其中，所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒501的底部與其對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502的底部通過供排水管5011連通，所述供排水管5011通過閥門504與所述分水器305連通；所述參考水準(zhǔn)盒501和與其對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502的上部分別與總氣流管306連通，所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒501中還包括振弦式力傳感器5016和浮桶5014 ；所述振弦式力傳感器5016設(shè)置于所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒501的頂部，并具有伸入所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒501的內(nèi)部空腔的振弦5013和用于輸出信號(hào)的輸出端5015 ；所述浮桶 5014通過所述振弦5013懸掛于所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒501內(nèi)部空腔中。另外，所述振弦式力傳感器5016的輸出端5015通過導(dǎo)線與讀數(shù)裝置307連接。而且，所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒中還包括設(shè)置于所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒的外側(cè)并分別與所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔的上部和下部均連通的透明觀察管，用于觀察所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的水位。而所述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502中，僅具有一內(nèi)部空腔而并不包括浮桶和力傳感器。 此時(shí)，上述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502可以相當(dāng)于圖3和圖4所示的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的力傳感器發(fā)生故障的工作水準(zhǔn)盒302。在上述擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中，所述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502和參考水準(zhǔn)盒501 是一一對(duì)應(yīng)的，即每一個(gè)擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502都與某一個(gè)參考水準(zhǔn)盒501形成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如果上述擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中有N個(gè)擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502，則也對(duì)應(yīng)有N個(gè)參考水準(zhǔn)盒501。參考水準(zhǔn)盒501和所述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502的底部通過供排水管5011直接連通，為便于通過分水器向擴(kuò)展靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中充水，所述供排水管5011雖通過閥門 504與所述分水器305連通，但是，上述參考水準(zhǔn)盒501和所述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502在測(cè)量狀態(tài)下必須形成獨(dú)立串聯(lián)的關(guān)系(即測(cè)量狀態(tài)下，閥門504應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài))。對(duì)于一個(gè)擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502和與其對(duì)應(yīng)的參考水準(zhǔn)盒501而言，在對(duì)上述擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作時(shí)，如果出水箱304的出水閥門3041已關(guān)閉且進(jìn)水箱 303的進(jìn)水閥門3031處于開啟狀態(tài)，則可以開啟閥門504，從而使得進(jìn)水箱303中存儲(chǔ)的水可通過分水器305緩慢注入到參考水準(zhǔn)盒501和擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502中。當(dāng)參考水準(zhǔn)盒501 中的水位達(dá)到預(yù)設(shè)的水位值時(shí)，關(guān)閉閥門504，停止向參考水準(zhǔn)盒和工作水準(zhǔn)盒注水。當(dāng)液面平穩(wěn)之后，參考水準(zhǔn)盒501和擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502中的液面將保持在同一水平高度上。此時(shí)，可以通過參考水準(zhǔn)盒501上的振弦式力傳感器，記錄參考水準(zhǔn)盒501中的液面值，并將該液面值作為參考水準(zhǔn)盒501和擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502的液面初始值。此外，上述擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的參考水準(zhǔn)盒301和所述工作水準(zhǔn)盒302的初始化過程與圖3和圖4所示的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的初始化過程相同，在此不再贅述。在完成上述初始化操作后，當(dāng)需要進(jìn)行靜力水準(zhǔn)測(cè)量(例如，需要對(duì)地基/基礎(chǔ)的沉降進(jìn)行測(cè)量)時(shí)，可以通過參考水準(zhǔn)盒501上的振弦式力傳感器獲取參考水準(zhǔn)盒501中的液面當(dāng)前值，然后再根據(jù)所記錄的參考水準(zhǔn)盒501的液面初始值和上述液面當(dāng)前值，通過計(jì)算得出擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502相對(duì)于參考水準(zhǔn)點(diǎn)的沉降值。此外，上述擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的參考水準(zhǔn)盒501和所述工作水準(zhǔn)盒502的靜力水準(zhǔn)測(cè)量方法與圖3和圖4所示的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的靜力水準(zhǔn)測(cè)量方法相同，在此不再贅述。在上述擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中，所述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502可以是圖3和圖4 所示的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的力傳感器發(fā)生故障的工作水準(zhǔn)盒302，也可以在設(shè)置上述擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，直接預(yù)埋在待測(cè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)處的、不包括浮桶和力傳感器的工作水準(zhǔn)盒，從而減少設(shè)置靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的成本。將現(xiàn)有技術(shù)中的圖1(b)與本發(fā)明技術(shù)方案中的圖6進(jìn)行對(duì)比可知，由于上述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒502和所述參考水準(zhǔn)盒501是一一對(duì)應(yīng)的，具有獨(dú)立串聯(lián)的關(guān)系，因此使用上述擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，同樣可以減小系統(tǒng)中的測(cè)試干擾，提高系統(tǒng)測(cè)試精度、加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)同步自動(dòng)化測(cè)量。正因如此，本發(fā)明技術(shù)方案中的上述擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)具有很完善的系統(tǒng)拓展能力。也就是說，當(dāng)埋入混凝土內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)由于工作水準(zhǔn)盒中的力傳感器無法正常工作而失效時(shí)，那么可以將上述失效的工作水準(zhǔn)盒作為上述的擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒，然后為該失效的工作水準(zhǔn)盒分別設(shè)置一個(gè)對(duì)應(yīng)的參考水準(zhǔn)盒，從而可同樣實(shí)現(xiàn)且同步自動(dòng)化測(cè)量，并減小系統(tǒng)中的測(cè)試干擾，提高系統(tǒng)測(cè)試精度、加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。更進(jìn)一步的，還可在上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)或擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中設(shè)置系統(tǒng)干燥管(圖3和圖4中未示出)。其中，所述系統(tǒng)干燥可管設(shè)置于所述分水器的一端，并可用于對(duì)包括分水器、各個(gè)水準(zhǔn)盒(包括參考水準(zhǔn)盒、各個(gè)工作水準(zhǔn)盒、擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒和各個(gè)擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒)的內(nèi)腔及各個(gè)供排水管在內(nèi)的整個(gè)管道系統(tǒng)進(jìn)行干燥操作。另外， 為了保證各個(gè)水準(zhǔn)盒內(nèi)腔的干燥，在必要時(shí)還可以通過系統(tǒng)干燥管和分水器向各個(gè)水準(zhǔn)盒的內(nèi)腔灌入惰性氣體。此外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，上述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)或擴(kuò)展的靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的每個(gè)振弦式力傳感器中都可設(shè)置一根通氣電纜(圖3和圖4中均未示出)。所述通氣電纜與所述傳感器干燥管相連，所述傳感器干燥管可設(shè)置于所述通氣電纜的末端，并可通過所述通氣電纜對(duì)所述振弦式力傳感器的內(nèi)腔進(jìn)行干燥操作。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置，其特征在于，該裝置包括水準(zhǔn)盒、浮桶和振弦式力傳感器；其中，所述水準(zhǔn)盒中具有一內(nèi)部空腔；所述水準(zhǔn)盒的底部設(shè)置有用于注水和排水的供排水管；所述水準(zhǔn)盒的上部設(shè)置有用于保證水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的氣壓與外部氣壓一致的氣流管；所述振弦式力傳感器，設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒的頂部，并具有用于輸出信號(hào)的輸出端和伸入所述水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的振弦；所述浮桶，通過所述振弦式力傳感器的振弦懸掛于所述水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒的外側(cè)并分別與所述水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔的上部和下部均連通的透明觀察管，用于觀察所述水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的水位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述振弦式力傳感器還包括通氣電纜；所述通氣電纜與設(shè)置于所述通氣電纜的末端并用于對(duì)所述振弦式力傳感器的內(nèi)腔進(jìn)行干燥操作的傳感器干燥管相連。
4.一種靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一個(gè)設(shè)置于參考水準(zhǔn)點(diǎn)處的參考水準(zhǔn)盒、一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在工作水準(zhǔn)點(diǎn)處的工作水準(zhǔn)盒、進(jìn)水箱、出水箱、分水器和總氣流管；其中，所述參考水準(zhǔn)盒中包括設(shè)置于所述參考水準(zhǔn)盒的底部并通過閥門與所述分水器連通的供排水管、設(shè)置于所述參考水準(zhǔn)盒的上部并與所述總氣流管連通的氣流管、設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒的頂部并具有伸入所述參考水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的振弦和用于輸出信號(hào)的輸出端的振弦式力傳感器、通過所述振弦懸掛于所述參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的浮桶；所述工作水準(zhǔn)盒中包括設(shè)置于所述工作水準(zhǔn)盒的底部并通過閥門與所述分水器連通的供排水管、設(shè)置于所述工作水準(zhǔn)盒的上部并與所述總氣流管連通的氣流管、設(shè)置于所述水準(zhǔn)盒的頂部并具有伸入所述工作水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的振弦和用于輸出信號(hào)的輸出端的振弦式力傳感器、通過所述振弦懸掛于所述工作水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的浮桶；所述進(jìn)水箱，通過進(jìn)水閥門與所述分水器連接，用于向所述參考水準(zhǔn)盒和各個(gè)工作水準(zhǔn)盒中注水；所述出水箱，通過出水閥門與所述分水器連接，用于排出所述參考水準(zhǔn)盒和各個(gè)工作水準(zhǔn)盒中的水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述參考水準(zhǔn)盒中還包括設(shè)置于所述參考水準(zhǔn)盒的外側(cè)并分別與所述參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔的上部和下部均連通的透明觀察管，用于觀察所述參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的水位。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述參考水準(zhǔn)盒的閥門、所述工作水準(zhǔn)盒的閥門、所述進(jìn)水箱的進(jìn)水閥門和所述出水箱的出水閥門均設(shè)置在所述分水器上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)置于工作水準(zhǔn)點(diǎn)處的擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒和與所述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒一一對(duì)應(yīng)且設(shè)置在參考水準(zhǔn)點(diǎn)處的擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒；其中，所述擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒中具有一內(nèi)部空腔；所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒中包括振弦式力傳感器和浮桶；所述振弦式力傳感器設(shè)置于所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒的頂部，并具有伸入所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒的內(nèi)部空腔的振弦和用于輸出信號(hào)的輸出端；所述浮桶通過所述振弦懸掛于所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中； 所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒的底部與其對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒的底部通過供排水管連通，所述供排水管通過閥門與所述分水器連通；所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒和與其對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展工作水準(zhǔn)盒的上部分別與總氣流管連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒中還包括 設(shè)置于所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒的外側(cè)并分別與所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔的上部和下部均連通的透明觀察管，用于觀察所述擴(kuò)展參考水準(zhǔn)盒內(nèi)部空腔中的水位。
9.根據(jù)權(quán)利要求4 8中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)中還包括設(shè)置于所述分水器的一端并用于對(duì)所述分水器、各個(gè)水準(zhǔn)盒的內(nèi)腔及各個(gè)供排水管進(jìn)行干燥操作的系統(tǒng)干燥管。
10.根據(jù)權(quán)利要求4 8中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于 每個(gè)振弦式力傳感器中還設(shè)置有一根通氣電纜；所述通氣電纜與設(shè)置于所述通氣電纜的末端并用于對(duì)所述振弦式力傳感器的內(nèi)腔進(jìn)行干燥操作的傳感器干燥管相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求4 8中任一所述的系統(tǒng)，其特征在于各個(gè)振弦式力傳感器的輸出端均通過導(dǎo)線分別與用于采集各個(gè)振弦式力傳感器通過所述輸出端輸出的信號(hào)的讀數(shù)裝置連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置和系統(tǒng)。其中，靜力水準(zhǔn)測(cè)量裝置包括水準(zhǔn)盒、浮桶和振弦式力傳感器。所述靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)包括一個(gè)設(shè)置于參考水準(zhǔn)點(diǎn)處的參考水準(zhǔn)盒、一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在工作水準(zhǔn)點(diǎn)處的工作水準(zhǔn)盒、進(jìn)水箱、出水箱、分水器和總氣流管。通過使用上述的裝置和系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有工作水準(zhǔn)點(diǎn)的同步自動(dòng)化測(cè)量，有效地排除靜力水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果中的人工干預(yù)因素，大大提高測(cè)量精度，并大大減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G01C5/04GK102338631SQ20111014660
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者張心斌, 張忠, 張濤 申請(qǐng)人:中冶建筑研究總院有限公司